燃料电池车辆的车载氢气瓶设计开题报告
2020-02-20 08:18:06
1. 研究目的与意义（文献综述）
选题背景及意义
现代工业依赖的传统化石燃料储量有限、不可再生，而且存在二氧化碳排放污染环境等问题，因此寻找可再生的绿色能源势在必行。氢能源作为一种资源丰富、清洁无污染、可再生、高效的二次能源，被认为是替代传统化石燃料的理想能源。氢在常温常压下为气态，密度仅为空气的7.14%，因此氢的储存是关键。作为传统化石燃料消耗和二氧化碳排放的主要行业之一，汽车行业也在大力发展新能源汽车，新能源汽车将会逐渐取代传统燃料汽车。氢燃料电池汽车具有“零排放，无污染”的优点，是未来新能源汽车发展的主要方向之一，具有光明的前景。在氢能系统中，氢气的安全储存是最关键的环节。氢能作为一种零碳能源，具有来源广、燃烧值高、无污染等优点，被视为2l世纪最具发展潜力的清洁能源。因此，各国对新氢能能源开发投入的比重逐年上升。氢能的使用主要包括氢的生产、储存和运输、应用等方面，而限制氢燃料电池汽车发展的主要技术之一就是车载储氢技术。目前，氢气的储存有高压气态储氢、低温液态储氢和金属氢化物储氢、碳纳米管吸附储氢、有机液体氢化物储氢等方法心。目前大规模应用的方法是高压气态储存。储氢气瓶的发展已有50多年的历史，从钢瓶到 全复合材料气瓶的研制成功，实现了向产品结构合理、质量轻的巨大转变。近年来，70mpa储氢复合材料气瓶已经进人示范使用阶段。高压气态储氢是一种最常见、最广泛应用的储氢方式：车用气瓶共分为四种类型：全金属气瓶(i型)、金属内胆纤维环向缠绕气瓶(Ⅱ型)、金属内胆纤维全缠绕气瓶(Ⅲ型)、非金属内胆纤维全缠绕气瓶(Ⅳ型)。i型和Ⅱ型气瓶重容比较大，难以满足单位质量储氢密度要求，用于车载供氢系统 并不理想。Ⅳ型气瓶在高压下，气体易从非金属内胆向外渗透，且金属阀座与非金属结构的连接强度 难以保证。基于氢燃料电池车必需满足高效、安全、低成本等要求，车载储氢技术的改进是氢燃料电池车发展的重中之重。目前，氢燃料电池车车载储氢技术主要包括高压气态储氢、低温液态储氢、高压低温液态储氢、金属氢化物储氢及有机液体储氢等。衡量储氢技术的性能参数有体积储氢密度、质量储氢密度、充放氢速率、充放氢的可逆性、循环使用寿命及安全性等，其中质量储氢密度、体积储氢密度及操作温度是主要评价指标。
研究目的
2. 研究的基本内容与方案
基本内容
1. 选择合适的储氢技术。对于高压储氢，目前车用气瓶有四种类型全金属气瓶(i型)、金属内胆纤维环向缠绕气瓶(Ⅱ型)、金属内胆纤维全缠绕气瓶(Ⅲ型)、非金属内胆纤维全缠绕气瓶(Ⅳ型)结合课题要求相比较选择合适的类型，本文采用金属内胆的Ⅲ型气瓶，高压储氢。
2. 瓶身总体结构物理模型初步构建，基于储氢压力则要求高达70mpa与保证一次加氢后行驶距离达到500km设计出合符实际的气瓶：
3. 研究计划与安排
| 周 次【2019】 | 工 作 内 容 |
| 毕业实习周 （2019.1.6~ 1.18） | 赴校外实习、搜集设计资料，并提交实习日记、实习报告。 |
| 毕业设计预备周 （2019.1.3-2019.1.18） | 确定指导教师人选，对未选好导师的学生进行调剂分配。确定选题志愿、校内搜集资料、消化资料。 |
| 1~ 2 （2.18~3.1） | 学生提交文献检索摘要。撰写开题报告。并完成网上提交开题报告。整理论文提纲、设计概要。 |
| 3~ 4 （3.4 ~ 3.15） | 进行外文翻译，并提交外文翻译译文。 |
| 5~ 6（3.18~ 3.29） | 设计类，下达绘图任务，开始绘图。 研究类，制定试验方案或下达编程任务，开始试验及编程。 |
| 7~ 8（4.1~ 4.12） | 继续完成绘图、试验或编程任务； 撰写毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）。 |
| 9 ~ 11（4.15~ 4.26） | 完成绘图、试验或编程； 完善毕业设计说明书、毕业论文； |
| 12（4.29~ 5.10） | 网上提交毕业设计说明书、毕业论文、绘图等附件材料； 提交答辩申请。 |
| 13~14（5.13~ 5.24） | 教师审阅毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）和（图纸），审查确定学生答辩资格并予以公示。 |
| 15（5.27～5.31） | 根据评阅意见修改毕业设计说明书、毕业论文，并网上提交；准备答辩PPT。 |
| 16（6.3~ 6.7） | 毕业设计答辩。 |
4. 参考文献（12篇以上）
1. shoukry shoukry, william gergis w., et al. innovative design of lightweight on board hydrogen storage tank [j]. asme international mechanical engineering congress and exposition, proceedings (imece), 3: 179-183, 2010.
2. freni a., cipiti f., cacciola, g.. finite element-based simulation of a metal hydride-based hydrogen storage tank [j]. international journal of hydrogen energy, 2009, 34(20): 8574-8582.
3. 开方明. 铝内衬轻质高压储氢容器强度和可靠性研究[d]. 浙江大学, 2007.
